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影响大功率DC-DC开关直流电源效率的主要因素

发布时间： 2016-06-22 14:23:01 关注量：1603

1功率估量

能量变换体系必定存在能耗，尽管实践运用中无法取得100%的变换功率，可是，一个高质量的直流电源功率能够到达十分高的水平，功率挨近95%.

绝大多数直流电源IC的工作功率能够在特定的工作条件下测得，数据资料中给出了这些参数。Maxim的数据资料给出了实践测验得到的数据，其他厂商也会给出实践丈量的成果，但咱们只能对咱们自个的数据担保。图1给出了一个SMPS降压变换器的电路实例，变换功率能够到达97%，即便在轻载时也能坚持较高功率。

选用啥诀窍才干到达如此高的功率?咱们从了解SMPS损耗的公共疑问开端，开关直流电源的损耗大有些来自开关器材(MOSFET和二极管)，别的小有些损耗来自电感和电容。可是，假如运用十分便宜的电感和电容(具有较高电阻)，将会导致损耗显着增大。

选择IC时，需求思考操控器的架构和内部元件，以期取得高效目标。例如，图1选用了多种办法来下降损耗，其间包含：同步整流，芯片内部集成低导通电阻的MOSFET，低静态电流和跳脉冲操控模式。咱们将在本文展开评论这些办法带来的优点。

2降压型SMPS

损耗是任何SMPS架构都面对的疑问，咱们在此以图2所示降压型(或buck)变换器为例进行评论，图中标明各点的开关波形，用于后续核算。

通用降压型SMPS电路和有关波形，关于了解SMPS架构供给了一个极好的参考实例。

降压变换器的首要功能是把一个较高的直流输入电压变换成较低的直流输出电压。为了到达这个要求，MOSFET以固定频率(fS)，在脉宽调制信号(PWM)的操控下进行开、关操作。当MOSFET导通时，输入电压给电感和电容(L和COUT)充电，通过它们把能量传递给负载。在此时期，电感电流线性上升，电流回路如图2中的回路1所示。当MOSFET断开时，输入电压断开与电感的连接，电感和输出电容为负载供电。电感电流线性下降，电流流过二极管，电流回路如图中的环路2所示。MOSFET的导通时刻定义为PWM信号的占空比(D)。D把每个开关周期分红[D×tS]和[(1-D)×tS]两有些，它们别离对应于MOSFET的导通时刻(环路1)和二极管的导通时刻(环路2)。所有SMPS拓扑(降压、反持平)都选用这种办法区分开关周期，完成电压变换。关于降压变换电路，较大的占空比将向负载传输较多的能量，均匀输出电压添加。相反，占空对比低时，均匀输出电压也会下降。依据这个联系，能够得到以下抱负状况下(不思考二极管或MOSFET的压降)降压型SMPS的变换公式：VOUT=D×VINIIN=D×IOUT需求留意的是，任何SMPS在一个开关周期内处于某个状况的时刻越长，那么它在这个状况所形成的损耗也越大。关于降压型变换器，D越低(相应的VOUT越低)，回路2发作的损耗也大。

1、开关器材的损耗MOSFET传导损耗

典型的降压型变换器的MOSFET电流波形，用于预算MOSFET的传导损耗?下式给出了更精确的预算损耗的办法，运用IP和IV之间电流波形I2的积分代替简单的I2项?PCOND(MOSFET)=[(IP3-IV3)/3]×RDS(ON)×D=[(IP3-IV3)/3]×RDS(ON)×VOUT/VIN式中，IP和IV别离对应于电流波形的峰值和谷值，如图3所示?MOSFET电流从IV线性上升到IP，例如：假如IV为0.25A，IP为1.75A，RDS(ON)为0.1Ω，VOUT为VIN/2(D=0.5)，根据均匀电流(1A)的核算成果为：PCOND(MOSFET)(运用均匀电流)=12×0.1×0.5=0.050W.

运用波形积分进行更精确的核算：PCOND(MOSFET)(运用电流波形积分进行核算)=[(1.753-0.253)/3]×0.1×0.5=0.089W或近似为78%，高于依照均匀电流核算得到的成果?关于峰均对比小的电流波形，两种核算成果的不一样很小，运用均匀电流核算即可满足要求?

2、二极管传导损耗

MOSFET的传导损耗与RDS(ON)成正比，二极管的传导损耗则在很大程度上取决于正导游通电压(VF)。二极管一般比MOSFET损耗更大，二极管损耗与正向电流、VF和导通时刻成正比。因为MOSFET断开时二极管导通，二极管的传导损耗(PCOND(DIODE))近似为：PCOND(DIODE)=IDIODE(ON)×VF×(1-D)式中，IDIODE(ON)为二极管导通时期的均匀电流。图2所示，二极管导通时期的均匀电流为IOUT，因而，关于降压型变换器，PCOND(DIODE)能够依照下式预算：PCOND(DIODE)=IOUT×VF×(1-VOUT/VIN)与MOSFET功耗核算不一样，选用均匀电流即可得到对比精确的功耗核算成果，因为二极管损耗与I成正比，而不是I?。明显，MOSFET或二极管的导通时刻越长，传导损耗也越大。关于降压型变换器，输出电压越低，二极管发作的功耗也越大，因为它处于导通状况的时刻越长。

3、开关动态损耗

因为ACDC开关电源损耗是由开关的非抱负状况导致的，很难预算MOSFET和二极管的开关损耗，器材从彻底导通到彻底封闭或从彻底封闭到彻底导通需求必定时刻，在这个进程中会发作功率损耗。

开关损耗发作在MOSFET通、断时期的过渡进程开关损耗跟着SMPS频率的增加而增大，这一点很简单了解，跟着开关频率进步(周期缩短)，开关过渡时刻所占份额增大，然后增大开关损耗。开关变换进程中，开关时刻是占空比的二十分之一关于功率的影响要远远小于开关时刻为占空比的十分之一的状况。因为开关损耗和频率有很大的联系，工作在高频时，开关损耗将成为首要的损耗因素。

客户感言

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北京合康亿盛变频科技股份有限公司

经人介绍认识了艾德杰，试着从他们那里买了一套产品，性能稳定，故障几乎没有，即便有点小问题，他们也会过来处理，后来就一直和他们进行友好合作。
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武汉中元华电科技股份有限公司

在我们决定与艾德杰电源合作后，他们派出技术骨干和我们的技术部门沟通，充分了解了我司的使用需求后立即准备方案，待我们确认方案后，艾德杰的工作人员马上将此提上日程，在距预约交货期还有5天的时候，就已将我司定制的电源送上门，安装调试，产品使用至今，一切良好，非常感谢艾德杰的鼎力支持，不辞劳苦的帮我们设计开发新产品，技术可靠，服务周到。
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中国中船重工集团707所

我们公司的工程师只擅长一部分工作，另一部分与电源有关的工作不是很擅长，公司有个新项目需要他人来合伙开发，生产，一时半会儿找不到合作伙伴。网上找到了艾德杰，经过实地考察，我们决定和艾德杰试着合作一次，整个合作过程，我们多次沟通，商量，他们的工程师技术好，经验丰富，我们和他们一起探讨，彼此的知识面都扩大了，合作过程中设计到多次修改，他们的工程师半句怨言都没有，合作的过程非常满意，产品准时交给我们使用，...
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北京铁道机车研究所

一次偶然的机会艾德杰的销售人员联系到我们，我们抱着试试看的心情从他那里订购了一台电源，性能很好，从那之后我们就建立了长期的合作关系，偶尔有一点点的小故障，他们的工作人员都会很快的过来帮忙处理。服务热情周到，他们才是我们的好兄弟，好帮手。
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李明仕

湖北武汉人 1970年7月出生硕士学历。从事电源设计研发工作30年，先后担任多家电源公司的技术总监技术成果 1． 1996年获武汉市科学技术研究成果证书武科成证字(96)第014号登记号WK9601003 成果名称:DTK系列开关型直流稳压电源 2． 1996年武汉高创电子有限公司的电源项目获得电源行业的第一个国家火炬计划 3． 2000年武汉玉星电子有限责任公司<<电压过零检控软开关电源>>项目获科技部中小型企业创新基金无偿资助,项目代号20004214054563 4.　电源方面各项专利近20项，其中发明专利2项。 5. 国内电源期刊上发表多篇论文。

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沈锦飞

1955年出生，现任江南大学物联网学院教授、硕士生导师。主要从事电力电子电路、装置与电能质量控制的研究和教学工作，发表学术论文30多篇，其中EI检索5篇，获得教育部科技进步奖、江苏省教学成果奖、无锡市科技进步奖，多项发明专利，主编本科教材；被评为无锡市优秀教师、市级先进个人。是中国自动化学会会员、江苏省电工协会自动控制系统专委会委员、无锡市自动化学会理事、无锡市电机工程学会理事。

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颜文旭

1971 年出生，现任江南大学物联网工程学院教授，硕士生导师。现主要从事电力电子技术及智能控制、机电一体化及过程控制等领域的研究和开发工作，发表学术论文30篇（其中EI收录6篇），获专利12项，参加编制十二五国家级规划教材，国家自然科学基金项目，省青年科学基金项目，市级重点实验室建设，主持方块地毯自动包装生产线开发、2.0MW风力发电变流器、10kV高压固态软起动器、船舶压载水物理强化处理核心技术...

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